一种支持单点及全局控制的匝道控制系统技术方案

本发明专利技术公开了交通控制技术领域中的一种支持单点及全局控制的匝道控制系统，每个匝道处均设有匝道控制主机、视频分析主机及信号机，视频分析主机分析监控视频，获得相关的交通参数，匝道控制主机获取当前的交通参数，同时将本匝道的交通参数分发给相邻匝道的匝道控制主机，并获取其他匝道的交通参数，匝道控制主机获取当前信号指示周期和相位信息，并进行控制策略分析，然后向信号机发出控制信号，信号灯根据信号机发出的信息进行信号显示。本发明专利技术能够根据当前主线占有率以及匝道排队情况进行最佳配置，使交通通行量达到最大化，从而尽可能地减少交通堵塞，且可以根据道路的实际情况进行选择，具有更大的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种支持单点及全局控制的匝道控制系统
本专利技术涉及交通控制
，具体的说，是涉及一种支持单点及全局控制的匝道控制系统。
技术介绍
高速公路最初是作为不受交通信号控制的自由路提出和设计的，基本目的是通过较大的服务容量和较高的服务水平来使车辆快速、高效、舒适、方便地行驶。但随着交通出行需求的逐渐增长，高速公路的拥挤程度日益加剧，由于投资和环境等方面因素的限制，纯粹依靠增加高速公路建设来缓解交通拥挤的方式越来越行不通，如何加强交通管理，通过控制手段提高现有高速公路的使用效率逐渐受到更多的关注。国外的学者从20世纪60年代就开始研究高速道路的交通建模与控制理论，随后相关理论逐步成熟并在实践中得到较为普遍的应用。目前，国外许多城市都建有较为完备的高速公路交通控制系统，同时也有很多尚未完善解决的问题。根据现有研究的经验，入口匝道控制是应用最广泛也是最有效的一种缓解高速公路拥堵现象的交通控制方式，通过利用匝道信号灯调节车辆进入高速道路主线的流率，可以减少拥堵情况或者缩短拥堵时间，提升高速公路的使用效能，提高入口匝道车辆并入主线时的安全性，减少交通事故等。匝道控制策略依据实时响应时间的不同可以分为静态控制和动态控制，依据控制范围的不同可以分为单点控制和全局协调控制。静态控制策略是指根据历史数据制定不同时段内各个匝道的协调控制方案，并预置在控制机中，不会针对实时检测信息作出响应。静态控制虽然有简单易行、投资少等特点，但是灵活性很差，不会针对实时检测进行变化，如果有交通事故、大型活动等突发性干扰，定时匝道控制是无法处理的。动态单点控制的基本目的是解决单点匝道交通拥堵，控制范围为某一处匝道，利用匝道及其相邻路段的实时检测数据代替历史数据作为控制决策的基础。Papageorgiou在1991年提出的ALINEA方法，是利用经典自动控制理论建立起来的一种反馈控制方法。其基本思路为：将匝道控制视为一个状态调节器，通过调整匝道流入率使得其下游主线的密度或者占有率尽量维持在理想状态。ALINEA方法是实际应用中非常成功的一种单点动态控制方法，在随后发展出了相当多的修正演变形式。与静态控制相比，动态单点控制具有很大的灵活性。但由于其检测及控制范围仅限于某个匝道而不考虑各匝道之间的协调，因此无法达到系统最优的目标。另一方面，与动态全局协调控制相比，动态单点控制不论是技术复杂性还是投资费用都要低得多，并且在相当多的情况下，高速道路的局部问题远比系统问题要严重，因此单点动态控制策略仍有相当大的实用性和发展空间。动态全局协调控制策略的控制范围为高速公路系统所有或局部区域部分匝道，利用实时检测数据代替历史数据作为控制决策的基础。近年来，多种不同的控制策略被提出，例如：系统最优协调控制(systematicoptimalcontrol)、状态调节器控制(stateregulatorcontrol)和启发式协调控制(heuristiccontrol)等等。这几种方法都有各自的优缺点，其中，启发式协调控制由于其实用性和灵活性较强，在美国的实际应用非常广泛。Jacobsen等提出的Bottleneck算法是典型的启发式协调控制算法。它在单点层面采用占有率控制方法得到每个匝道的调节率；在协调层面，根据流量守恒原理也得出各个匝道的调节率；之后，在每个匝道，将两个得出的调节率对比，取其小值作为该匝道最终的调节率。在我国，由于高速道路建设起步较晚，相关理论研究也相对滞后，目前尚没有匝道控制的实际应用案例。相关的控制硬件设备也基本处于空白状态。上述缺陷，值得解决。
技术实现思路
为了克服现有的技术的不足，本专利技术提供一种支持单点及全局控制的匝道控制系统。本专利技术技术方案如下所述：一种支持单点及全局控制的匝道控制系统，其特征在于，每个匝道处均设有匝道控制主机、视频分析主机及信号机，临近的匝道之间通过所述匝道控制主机连接：所述视频分析主机与若干个摄像机连接，所述视频分析主机通过分析监控视频，获得相关的交通参数；所述视频分析主机与所述匝道控制主机连接，所述匝道控制主机从所述视频分析主机处获取当前的交通参数，同时将本匝道的交通参数分发给相邻匝道的所述匝道控制主机，并获取其他匝道的交通参数；所述匝道控制主机与所述信号机连接，所述匝道控制主机获取当前信号指示周期和相位信息，并根据当前信号相位和路况参数信息进行控制策略分析，然后向所述信号机发出控制信号；所述信号机与若干个信号灯连接，所述信号灯根据所述信号机发出的信息进行信号显示。根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述匝道控制主机内还设有存储模块，所述存储模块实时存储路况参数信息和信号灯控制信息。根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述摄像机包括匝道入口摄像机和匝道下游摄像机：所述匝道入口摄像机位于匝道的入口处，用于检测匝道排队长度；所述匝道下游摄像机位于匝道下游主线处，用于检测道路占有率。根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述摄像机通过以太网与所述视频分析主机连接，所述视频分析主机通过以太网与所述匝道控制主机连接。根据上述方案的本专利技术，其特征在于，临近的两个所述匝道控制主机之间通过以太网连接。根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述匝道控制主机通过RS-422接口与所述信号机相连。根据上述方案的本专利技术，其特征在于，所述匝道控制主机根据用户设置采用动态单点控制策略或者动态全局协调控制策略。进一步的，所述动态单点控制策略的基本模型如下：r(k)＝r(k-1)+KR[Od-Oout(k-1)](1)式中，r(k)是第k个控制时段中的匝道调节率；r(k-1)是第k-1个控制时段中的匝道调节率；Oout(k-1)为第k-1个控制时段匝道下游主线占有率；Od为匝道下游主线理想状态下的占有率；KR为调节参数。更进一步的，调节参数KR取值为每小时70PCU。更进一步的，根据入口匝道的排队长度情况对匝道调节率进行抑制及反馈，抑制及反馈模型为：max[d(k-1)-(Lmax-L(k))/T,rmin]≤r(k)≤min[d(k-1)+L(k)/T,rmax](2)其中，d(k-1)为第k-1个控制时段匝道车辆到达率，Lmax为为匝道最大允许排队车辆数，L(k)为第k个控制时段初始匝道排队车辆数，T为每个控制时段的时间长度，rmin和rmax为匝道调节率的经验极值。进一步的，所述动态全局协调控制策略中：在单点层面，采用占有率控制方法得到每个匝道的调节率；在协调层面，根据流量守恒原理得出各个匝道的调节率；在每个匝道，将单点层面和协调层面得出的两个调节率对比，取其小值作为该匝道最终的调节率。更进一步的，在协调层面，具体计算过程具体包括以下步骤：(1)检测并确定主线交通瓶颈i；(2)根据流量守恒原理，针对每一个瓶颈i，计算其上游各入口匝道调节率的降低总量，并在其影响范围内，按照经验权重将此降低量分配到与其相关联的各个入口匝道；(3)计算每个入口匝道j的协调层面调节率。更进一步的，在所述步骤(1)中，如果某路段满足下面两个条件即认为此处出现动态交通瓶颈：O(i,k)≥OC(i)(3)Qup(i,k)+Qon(i,k)≥Qdown(i,k)+Qoff(i,k)(4)式中：O(i,k)为路段i下游断面上一控制时段内的平均占有率；OC(i)为路段i下游断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持单点及全局控制的匝道控制系统，其特征在于，每个匝道处均设有匝道控制主机、视频分析主机及信号机，临近的匝道之间通过所述匝道控制主机连接：所述视频分析主机与若干个摄像机连接，所述视频分析主机通过分析监控视频，获得相关的交通参数；所述视频分析主机与所述匝道控制主机连接，所述匝道控制主机从所述视频分析主机处获取当前的交通参数，同时将本匝道的交通参数分发给相邻匝道的所述匝道控制主机，并获取其他匝道的交通参数；所述匝道控制主机与所述信号机连接，所述匝道控制主机获取当前信号指示周期和相位信息，并根据当前信号相位和路况参数信息进行控制策略分析，然后向所述信号机发出控制信号；所述信号机与若干个信号灯连接，所述信号灯根据所述信号机发出的信息进行信号显示。

【技术特征摘要】
1.一种支持单点及全局控制的匝道控制系统，其特征在于，每个匝道处均设有匝道控制主机、视频分析主机及信号机，临近的匝道之间通过所述匝道控制主机连接：所述视频分析主机与若干个摄像机连接，所述视频分析主机通过分析监控视频，获得相关的交通参数；所述视频分析主机与所述匝道控制主机连接，所述匝道控制主机从所述视频分析主机处获取当前的交通参数，同时将本匝道的交通参数分发给相邻匝道的所述匝道控制主机，并获取其他匝道的交通参数；所述匝道控制主机与所述信号机连接，所述匝道控制主机获取当前信号指示周期和相位信息，并根据当前信号相位和路况参数信息进行控制策略分析，然后向所述信号机发出控制信号；所述信号机与若干个信号灯连接，所述信号灯根据所述信号机发出的信息进行信号显示。2.根据权利要求1所述的支持单点及全局控制的匝道控制系统，其特征在于，所述匝道控制主机内还设有存储模块，所述存储模块实时存储路况参数信息和信号灯控制信息。3.根据权利要求1所述的支持单点及全局控制的匝道控制系统，其特征在于，所述摄像机通过以太网与所述视频分析主机连接，所述视频分析主机通过以太网与所述匝道控制主机连接。4.根据权利要求1所述的支持单点及全局控制的匝道控制系统，其特征在于，所述匝道控制主机根据用户设置采用动态单点控制策略或者动态全局协调控制策略。5.根据权利要求4所述的支持单点及全局控制的匝道控制系统，其特征在于，所述动态单点控制策略的基本模型如下：r(k)=r(k-1)+KR[Od-Oout(k-1)]式中，r(k)是第k个控制时段中的匝道调节率；r(k-1)是第k-1个控制时段中的匝道调节率；Oout(k-1)为第k-1个控制时段匝道下游主线占有率；Od为匝道下游主线理想状态下的占有率；KR为调节参数。6.根据权利要求4所述的支持单点及全局控制的匝道控制系统，其特征在于，所述动态全局协调控制策略中：在单点层面，得到每个匝道的调节率；在协调层面，根据流量守恒原理得出各个匝道的调节率；在每个匝道，将单点层面和协调层面得出的两个调节率对比，取其小值作为该匝道最终的调节率。7.根据权利要求6所述的支持单点及全...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹泉，何小晨，
申请(专利权)人：深圳市哈工大交通电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44